Ответы, отчеты, курсовые, лекции 1-3 курс (1, 2, 3, 4, 5 семестр) ЧГУ КТ-43-15 / 5 семестр / Операционные системы и сети (Димитриев)

Недостаток алгоритма сквозной записи: он уменьшает интенсивность сетевого обмена только при чтении, при записи интенсивность сетевого обмена та же самая, что и без кэширования. Поэтому применяют алгоритм отложенной записи: вместо записи на сервер, клиент просто помечает, что файл изменен. Каждые 30 секунд все изменения в файлах собираются вместе и отсылаются на сервер за один прием.

Применяется также сеансовая семантика, по которой запись файла на сервер производится только после закрытия файла. Этот алгоритм называется «запись по закрытию» и приводит к тому, что если две копии одного файла кэшируются на разных машинах и последовательно записываются на сервер, то второй записывается поверх первого.

Для всех схем, связанных с задержкой записи, характерна низкая надежность, так как модификации, не отправленные на сервер на момент краха системы, теряются. Кроме того, задержка делает семантику совместного использования файлов не очень ясной, поскольку считываемые данные зависят от соотношения момента чтения с моментом очередной записи модификаций.

Проверка достоверности кэша

Данные в кэше одного клиента становятся недостоверными, когда данные, модифицированные другим клиентом, переносятся в главную копию файла. Следовательно, необходимо каким-то образом проверять, являются ли данные в кэше клиента достоверными. Иначе данные кэша должны быть повторно считаны с сервера. Существуют два подхода к решению этой проблемы — инициирование проверки клиентом и инициирование проверки сервером.

1.Клиент связывается с сервером и проверяет, соответствуют ли данные в его кэше данным главной копии файла на сервере:

перед каждым доступом к файлу. Этот способ дискредитирует саму идею кэширования, так как каждое обращение к файлу вызывает обмен по сети с сервером; периодические проверки. семантику разделения зависит от временных соотношений;

проверка при открытии файла. Этот способ подходит для сеансовой семантики, требует одновременного применения модели доступа загрузки-выгрузки, метода распространения модификаций «запись по закрытию» и проверки достоверности кэша при открытии файла.

2.Инициирование проверки сервером (метод централизованного управления). Файловый сервер сохраняет информацию о том, кто и какой файл открыл, а также о том, открыт файл для чтения, для записи или для того и другого. Если файл открыт для чтения, то другие процессы могут открыть его для чтения, но открытие его для записи должно быть запрещено. Если файл открыт для записи, то все другие виды доступа должны быть запрещены. При закрытии файла оповещается сервер для того, чтобы он обновил свои таблицы, содержащие данные об открытых файлах. В такой момент модифицированный файл может быть выгружен на сервер.

Когда новый клиент делает запрос на открытие уже открытого файла и сервер обнаруживает, что режим нового открытия входит в противоречие с режимом текущего открытия, то сервер может: отвергнуть запрос; поместить запрос в очередь; запретить кэширование, потребовав от всех клиентов, открывших этот файл, удалить его из кэша.

Подход, основанный на централизованном управлении, весьма эффективен, обеспечивает семантику разделения UNIX, но обладает следующими недостатками.

Он отклоняется от традиционной модели взаимодействия клиента и сервера, при которой сервер только отвечает на запросы клиентов. Это усложняет код сервера.

Сервер должен хранить информацию о состоянии сеансов клиентов (тип stateful).

Клиенты должны инициировать проверки достоверности кэша при открытии файлов.

90.Прозрачность репликации, согласование реплик

Репликация подразумевает существование нескольких копий одного и того же файла, каждая из которых хранится на отдельном файловом сервере, при этом обеспечивается автоматическое согласование данных в копиях файла.

Главные причины применения репликации: увеличение надежности за счет наличия независимых копий каждого файла и распределение нагрузки между несколькими серверами.

Если кэширование предназначено для обеспечения локального доступа к файлу одному клиенту и повышения за счет этого скорости работы этого клиента, то репликация нужна для повышения надежности хранения файлов и снижения нагрузки на файловые серверы. Реплики файла доступны всем клиентам, так как хранятся на файловых серверах, а не на клиентских компьютерах, и о существовании реплик известно всем компьютерам сети. Файловая система обеспечивает достоверность данных реплики и защиту ее данных.

Прозрачность репликации

Прозрачность здесь связана со следующими вопросами. До какой степени пользователи должны быть в курсе того, что некоторые файлы реплицируются? Должны они играть какую либо роль в процессе репликации или репликация должна выполняться полностью автоматически.

Прозрачность репликации зависит от двух факторов: используемой схемы именования реплик и степени вовлеченности пользователя в управление репликацией.

Именование реплик. Прозрачность доступа к файлу, существующему в виде нескольких реплик, может поддерживаться системой именования, которая отображает имя файла на его сетевой идентификатор, однозначно определяющий место хранения файла. При обращении к файлу приложение использует имя, а справочная система возвращает ему один из идентификаторов, указывающий на сервер, хранящий реплику. Наиболее просто такую схему реализовать для неизменяемых файлов, все реплики которых всегда (или почти всегда, если файлы редко, но все же изменяются) идентичны. В случае, когда реплицируются изменяемые файлы, полностью прозрачный доступ требует ведения некоторой базы, хранящей сведения о том, какие из реплик содержат последнюю версию данных, а какие еще не обновлены.

Управление репликацией. Этот процесс подразумевает определение количества реплик и выбор серверов для их хранения. В прозрачной системе репликации такие решения принимаются автоматически при создании файла на основе правил стратегии репликации, определенных заранее администратором системы. В непрозрачной системе репликации решения о количестве реплик и их размещении принимаются с участием пользователя или разработчика приложения, если файлы создаются в автоматическом режиме. Существуют два режима управления репликацией:

При явной репликации пользователь создает файл с явным указанием сервера, на котором он размещается (первая реплика), а затем создается несколько реплик, причем для каждой реплики сервер также указывается явно.

При неявной репликации (implicit replication) выбор количества и места размещения реплик производится без участия пользователя. Файловая система самостоятельно создает несколько реплик файла, выбирая их количество и серверы для их размещения. Если надобность в некоторых репликах исчезает (это также определяется автоматически), то система их удаляет.

Согласование реплик

Существует несколько способов обеспечения согласованности реплик.

Чтение любой — запись во все. При записи в файл все реплики блокируются, затем выполняется запись в каждую копию, после чего блокировка снимается и файл становится доступным для чтения. Чтение может выполняться из любой копии (семантика в стиле UNIX). Недостаток - запись не всегда возможна, так как серверы, хранящие реплики файла, могут в момент записи быть неработоспособными.

Запись в доступные. Запись выполняется только в те копии, серверы которых доступны на момент записи. Чтение осуществляется из любой реплики файла. Любой сервер, хранящий реплику файла, после перезагрузки

должен соединиться с другим сервером и получить от него обновленную копию файла и только потом начать обслуживать запросы на чтение из файла. Для обнаружения отказавших серверов в системе должен работать процесс, постоянно опрашивающий серверы. Недостатком метода является возможность появления несогласованных копий файла из-за проблем в сети, когда невозможно выявить отказавший сервер.

Первичная реплика. В этом методе запись разрешается только в одну реплику файла, называемую первичной. Все остальные реплики файла являются вторичными, и из них можно только читать данные. После модификации первичной реплики все серверы, хранящие вторичные реплики, должны их обновить. Недостаток метода

— при отказе первичного сервера модификации файла невозможны.

Кворум. Этот метод обобщает подходы, реализованные в предыдущих методах.

91.Протокол передачи файлов FTP.

Протокол передачи файлов (Fail Transfer Protocol – FTP) – надежная, ориентированная на предварительное соединение (connection-oriented) служба, которая взаимодействует с протоколом транспортного уровня TCP, чтобы обмениваться файлами между системами. Главная цель протокола передачи файлов FTP состоит в том, чтобы передать файлы от одного компьютера до другого, копируя и перемещая файлы от серверов клиентам и от клиентов на серверы. Протокол передачи файлов FTP сначала управляет установлением соединения между клиентом и сервером, используя команды клиента и ответы сервера.

92.Файловая система NFS

Файловая система NFS (Network File System) создана компанией Sun Microsystems. Это стандартная сетевая файловая система для ОС семейства UNIX, кроме того, клиенты и серверы NFS реализованы для многих других ОС.

NFS использует модель удаленного доступа к файлам. Работа с удаленными файлами после монтирования становится достаточно простой — поддерево файловой системы сервера NFS становится поддеревом локальной файловой системы.

Одной из целей разработчиков NFS была поддержка неоднородных систем с клиентами и серверами, работающими под управлением различных ОС на различной аппаратной платформе.

93.Назначение и принципы организации службы каталогов.

Результатом развития систем хранения справочной информации стало появление в сетевых операционных системах специальной службы – службы каталогов (Directory Services), или справочной службы. Служба каталогов хранит информацию обо всех пользователях и ресурсах сети в виде унифицированных объектов с определенными атрибутами, а также позволяет отражать взаимосвязи между объектами, такие как принадлежность пользователей к определенной группе, права доступа пользователей к компьютерам, вхождение нескольких узлов в одну подсеть, коммуникационные связи между подсетями, производственную принадлежность серверов и т. д. Служба каталогов обычно строится на основе модели клиентсервер, и клиенту она представляется единой централизованной системой.

94.Служба каталогов NetWare Directoty Services (NDS).

Служба каталогов NDS – NetWare Directory Service – это глобальная справочная служба, опирающаяся на распределенную объектно-ориентированную базу данных ресурсов; хранит информацию о всех пользователях сети, о серверах и ресурсах сети в специальной базе данных. Доступ к этой базе данных имеют как администраторы, так и пользователи сети.

95. Неоднородные сети. Понятие компьютерной сети в терминах неоднородных сетей. Проблема межсетевого взаимодействия. Задачи устранения неоднородности.

Нормой сегодняшнего дня являются сети неоднородные, которые состоят из различных рабочих станций, операционных систем и приложений, а для реализации взаимодействия между компьютерами используют различные протоколы.

Внеоднородных сетях содержатся программно несовместимые компьютеры.

Вкрупных автоматизированных системах, как правило, сети оказываются неоднородными.

Internet (Интернет) — глобальная компьютерная сеть, представляющая собой всемирное объединение неоднородных компьютерных сетей, образующих единое информационное пространство благодаря использованию стандартных протоколов передачи данных.

По своему составу компьютерные сети подразделяются следующим образом: однородные (в составе компьютерной сети используются одни компьютеры);

неоднородные (сети, включающие различные составляющие – компьютеры, веб-камеры, торговые терминалы и пр. компоненты).

Проблема межсетевого взаимодействия может иметь разные внешние проявления, но суть ее одна — несовпадение используемых коммуникационных протоколов. Например, эта проблема возникает в сети, в которой имеется только одна сетевая ОС, однако транспортная подсистема неоднородна из-за того, что сеть включает в себя фрагменты Ethernet, объединенные кольцом FDDI. Здесь в качестве взаимодействующих сетей выступают группы компьютеров, работающие по различным протоколам канального и физического уровня, напри-

мер сеть Ethernet, сеть FDDI.

Равным образом проблема межсетевого взаимодействия может возникнуть в сети, построенной исключительно на основе технологии Ethernet, но в которой установлено несколько разных сетевых ОС. В этом случае все компьютеры и все приложения используют для транспортировки сообщений один и тот же набор протоколов, но взаимодействие клиентских и серверных частей сетевых служб осуществляется по разным протоколам прикладного уровня. В этом случае компьютеры могут быть отнесены к разным сетям, если у них различаются протоколы прикладного уровня, например компьютеры, использующие для доступа к файлам протокол 8MB, образуют сеть Windows NT, а компьютеры, использующие для доступа к файлам протокол NCP, — сеть NetWare. Конечно, эти сети могут сосуществовать независимо, передавая данные через общие транспортные средства, но не предоставляя пользователям возможности совместно использовать ресурсы. Однако если потребуется обеспечить доступ к данным файлового сервера Windows NT для клиентов NetWare, администратор сети столкнется с необходимостью согласования сетевых служб.

Задачи устранения неоднородности имеют некоторую специфику и даже разные названия в зависимости от того, к какому уровню модели OSI они относятся. Задача объединения транспортных подсистем, отвечающих только за передачу сообщений, обычно называется internetworking — образование интерсетей.

Другая задача, называемая interoperability, возникает при объединении сетей, использующих разные протоколы более высоких уровней — в основном прикладного и представительного. Будем называть это задачей согласования сетевых служб операционных систем, так как протоколы прикладного и представительного уровней реализуются именно этими сетевыми компонентами.

Кардинальным решением проблемы межсетевого взаимодействия могло бы стать повсеместное использование единого стека протоколов.

96. Трансляция, мультиплексирование, инкапсуляция протоколов. Достоинства и недостатки основных подходов к межсетевому взаимодействию.

Трансляция обеспечивает согласование двух протоколов путем преобразования сообщений, поступающих от одной сети в формат другой сети. Транслирующий элемент, в качестве которого могут выступать, например, программный или аппаратный шлюз, мост, коммутатор или маршрутизатор, размещается между взаимодействующими сетями и служит посредником в их «диалоге».

Другим подходом к согласованию коммуникационных протоколов является технология мультиплексирования. Этот подход состоит в установке нескольких дополнительных стеков протоколов на одной из конечных машин, участвующих во взаимодействии. Компьютер с несколькими стеками протоколов использует для взаимодействия с другим компьютером тот стек, который понимает этот компьютер.

Инкапсуляция (encapsulation) - это еще один метод решения задачи согласования сетей, который однако применим только для согласования транспортных протоколов и только при определенных ограничениях. Инкапсуляция может быть использована, когда две сети с одной транспортной технологией необходимо соединить через сеть, использующую другую транспортную технологию.

В табл. 10.1 приведены сравнительные характеристики двух подходов к реализации межсетевого взаимодействия.

Таблица 10.1. Сравнение методов трансляции и мультиплексирования протоколов

Метод	Достоинства	Недостатки

Мультиплексирова-		Более быстрый доступ; повыше-	Усложнение администрирова-
ние протоколов		ние надежности взаимодействияния	и контроля доступа; высо-
		за счет установки стека на не-	кая избыточность, требующая
		скольких узлах сети; хорошо	дополнительных ресурсов от
		масштабируемое средство	рабочих станций; менее удобно
			для пользователя, чем шлюзы
Трансляция	прото-	Сохранение привычной среды	Замедление работы; снижение
колов	(шлюзы,	пользователей; отсутствие необ-	надежности; плохая масштаби-
маршрутизаторы,		ходимости в дополнительном	руемость; необходимость в
коммутаторы)		программном обеспечении на	двух сетевых передачах для
		рабочих станциях; локализациявыполнения одного запроса
		всех проблем межсетевого взаи-
		модействия; обеспечение воз-
		можности доступа к «чужим» ре-
		сурсам сразу для нескольких
		клиентов